Cinètica química
• Velocitat de les reaccions
• Teories de les reaccions químiques
• Factors que influeixen en la velocitat
• Mecanismes de...
Cinètica química
La termodinàmica ens
permet saber si una
reacció és espontània
(ΔG <0) però no ens
informa sobre si la re...
Cinètica química
Sovint és important
controlar la velocitat de
les reaccions químiques
ja que de vegades
interessa que els...
Teories de les reaccions químiques
Per explicar, de manera general, com tenen lloc les
reaccions químiques, els científics...
Per tal que es puguin trencar els enllaços inicials, les
molècules dels reactius han de xocar …
1. Amb una correcta orient...
Teoria de les col·lisions
http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/essentialchemistry/flash/collis11.swf
Teories de les reacc...
http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/kinetics/Molecular_collision_Ea.html
Teories de les reaccions químiques
Teoria de les...
Teoria de l’estat de transició
Aquesta teoria suposa que els reactius xoquen entre si i, abans de
donar lloc als productes...
L’estat de
transició
representa la
configuració
de més alta
energia
potencial dels
àtoms durant la
reacció.
Activated comp...
Teories de les reaccions químiques
El complex activat és l’agregat d’àtoms que es forma
mentre es van trencant els enllaço...
Velocitat de reacció
Velocitat de reacció
Durant una reacció disminueix la concentració dels reactius i
augmenta la concen...
Velocitat de reacció
Velocitat de reacció
La velocitat de reacció indica com varia amb el temps la
concentració dels react...
Velocitat de reacció
Velocitat de reacció
Exemple: Expressar la velocitat instantània de la següent
reacció en funció de l...
Equació de velocitat (llei de velocitat)
És una expressió que relaciona la velocitat de la reacció (v) amb les
concentraci...
Equació de velocitat (llei de velocitat)
v = k · [ A ] α · [ B ] β
v = velocitat de reacció (mol · L-1 · s-1 )
k = constan...
Equació d’Arrhenius
k = A · e – Ea / (R · T )
k = constant de velocitat
A = factor de col·lisions ( nº de col·lisions · s-...
Velocitat de reacció
Estat de transició
Diagrama d’energia de les reaccions
Reaccions exotèrmiques
Velocitat de reacció
Diagrama d’energia de les reaccions
Reaccions endotèrmiques
Estat de transició
Diagrama d’energia de les reaccions
Energia d’activació
http://www.youtube.com/watch?v=VbIaK6PLrRM&feature=player_embedded...
Diagrama d’energia de les reaccions
Coordenada de reacció
Velocitat de reacció
La coordenada de reacció és un paràmetre qu...
Diagrama d’energia de les reaccions
Coordenada de reacció
Velocitat de reacció
Diagrama d’energia de les reaccions
Coordenada de reacció
Velocitat de reacció
Productes
Reactius
Complex
activat
Velocitat de reacció
Diagrama d’energia de les reaccions
Coordenada de reacció
DistànciaenllaçB-C
Distància enllaç A-B
Rea...
Mètode de les velocitats inicials
Es determina experimentalment la velocitat inicial de la
reacció ( V0 ) per a diferents ...
Mètode de les velocitats inicials
Velocitat de reacció
Exemple: Determinar els ordres de reacció i la constant de
velocita...
Mètode de les velocitats inicials
Velocitat de reacció
També es poden obtenir els ordres de reacció a partir de la
represe...
• Temperatura
• Concentració dels reactius
• Estat físic dels reactius
• Naturalesa química dels reactius
• Energia d’acti...
Un augment de la temperatura
produeix un augment de la
velocitat de reacció.
Segons la teoria de col.lisions, si
augmenta ...
Un augment de la
concentració implica un
augment de la velocitat
de reacció .
Segons la teoria de
col.lisions, si augmenta...
Concentració dels reactius
L’equació de velocitat relaciona les
concentracions dels reactius amb la
velocitat de reacció:
...
D’acord amb la teoria de col.lisions, com
més gran sigui la probabilitat de contacte
entre les partícules, més col.lisions...
Segons la teoria de l’estat de
transició, com més gran sigui el
nombre d’ enllaços hi hagi en les
molècules dels reactius ...
És l’energia addicional que han d’absorbir
les molècules dels reactius perquè, en
xocar, es puguin trencar els seus enllaç...
Un catalitzador és una
substància que s’afegeix a la
reacció (sense consumir-se) i
augmenta la velocitat de
reacció.
Els c...
Factors que influeixen en la velocitat
Catalitzadors
Els catalitzadors no modifiquen el valor de la
variació d’entalpia de...
Factors que influeixen en la velocitat
Catalitzadors
Els catalitzadors faciliten que
la reacció tingui lloc seguint
un mec...
Factors que influeixen en la velocitat
Catalitzadors
Catàlisi heterogènia
http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/kinetics/Ca...
Elaboració de margarina
Els olis vegetals són sotmesos a un
procés d’hidrogenació per
millorar la conservació i tenir-los ...
Factors que influeixen en la velocitat
Catalitzadors Catàlisi heterogènia Elaboració de margarina
Factors que influeixen en la velocitat
http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/kinetics/Catalyst_2.html
Catalitzadors
Catàlis...
Factors que influeixen en la velocitat
Catalitzadors
Catàlisi heterogènia
Procés Haber (fabricació de l’amoníac)
Són catalitzadors heterogenis de platí-òxid de níquel o de rodi (Rh) situats
en els tubs d’escapament de manera que permet...
Factors que influeixen en la velocitat
http://www.youtube.com/watch?v=OFLSOAi3S9Q
Catalitzadors
Catàlisi heterogènia
Conve...
Factors que influeixen en la velocitat
Existeixen verins o metzines dels catalitzadors que anul·len
completament la seva a...
Els radicals clor (Cl·)
alliberats pels
clorofluorocarbons (CFC)
catalitzen la descomposició
de l’ozó (O3) estratosfèric.
...
Factors que influeixen en la velocitat
Mecanisme de destrucció de l’ozó (reacció en cadena)
Catalitzadors
Catàlisi homogèn...
Inhibidors
Els inhibidors o catalitzadors negatius són substàncies que
disminueixen la velocitat de reacció.
Actuen augmen...
Enzims
Els biocatalitzadors o enzims són
proteïnes que catalitzen moltísimes
reaccions bioquímiques.
Els enzims disminueix...
Enzims
Model clau-pany: el substrat i
l’enzim han d’encaixar
perfectament perquè tingui lloc
la catàlisi.
Factors que infl...
Enzims
Model clau-pany
Factors que influeixen en la velocitat
Catalitzadors
http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/kinetics/...
Enzim ribonucleasa A
Substrat
Centre actiu
Enzims
Model clau-pany
Factors que influeixen en la velocitat
Catalitzadors
La inhibició de l’enzim colina acetiltransferasa
pot produir deficiència d’acetilcolina, contribuint
a una sintomatologia ...
Mecanisme de reacció
Normalment les reaccions es produeixen a través d’una sèrie
d’etapes o reaccions elementals. Aquest c...
Mecanisme de reacció
En les etapes o reaccions elementals els ordres parcials de reacció
coincideixen amb els coeficients ...
Etapa limitant
És la reacció elemental més lenta i és la que determina la velocitat
de la reacció global, ja que fa de col...
Mecanisme de reacció
Etapa 1: NO + H2 -> NOH2
Etapa 2: NOH2 + NO -> N2O + H2O
Diagrama d’energia d’una reacció amb un
meca...
Intermedi de reacció
Mecanisme de reacció
Diagrama d’energia d’una reacció amb un mecanisme format
per tres etapes (hi apa...
Mecanisme de reacció
Molecularitat d’una reacció elemental
És el nombre d’àtoms o molècules independents que hi intervenen.
Etapa
unimolecular
...
http://www.youtube.com/watch?v=va6I_o3Dato
Mecanisme de reacció
Molecularitat d’una reacció elemental
José Ángel Hernández Santadaría
jherna24@xtec.cat
“Cinètica química” de José Ángel Hernández Santadaría està subjecta a un...
Próxima SlideShare
Cargando en…5
×

Cinetica Quimica

52.132 visualizaciones

Publicado el

0 comentarios
22 recomendaciones
Estadísticas
Notas
  • Sé el primero en comentar

Sin descargas
Visualizaciones
Visualizaciones totales
52.132
En SlideShare
0
De insertados
0
Número de insertados
26.427
Acciones
Compartido
0
Descargas
8
Comentarios
0
Recomendaciones
22
Insertados 0
No insertados

No hay notas en la diapositiva.

Cinetica Quimica

  1. 1. Cinètica química
  2. 2. • Velocitat de les reaccions • Teories de les reaccions químiques • Factors que influeixen en la velocitat • Mecanismes de reacció
  3. 3. Cinètica química La termodinàmica ens permet saber si una reacció és espontània (ΔG <0) però no ens informa sobre si la reacció serà ràpida o lenta. La cinètica química estudia la velocitat de les reaccions i els factors que la modifiquen.
  4. 4. Cinètica química Sovint és important controlar la velocitat de les reaccions químiques ja que de vegades interessa que els processos siguin ràpids (catalitzadors dels automòbils) per obtenir un millor rendiment però en altres casos convé alentir determinades reaccions (per exemple, la descomposició dels aliments).
  5. 5. Teories de les reaccions químiques Per explicar, de manera general, com tenen lloc les reaccions químiques, els científics han elaborat dues teories: la teoria de les col·lisions i la teoria de l'estat de transició que es complementen entre si. En una reacció química es trenquen enllaços (dels reactius) i es formen enllaços nous (en els productes ).
  6. 6. Per tal que es puguin trencar els enllaços inicials, les molècules dels reactius han de xocar … 1. Amb una correcta orientació espacial 2. Amb prou energia (Exoc>Eactivació ) Teoria de les col·lisions Teories de les reaccions químiques
  7. 7. Teoria de les col·lisions http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/essentialchemistry/flash/collis11.swf Teories de les reaccions químiques 1. Orientació espacial adequada
  8. 8. http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/kinetics/Molecular_collision_Ea.html Teories de les reaccions químiques Teoria de les col·lisions 2. Energia del xoc (Exoc>Eactivació )
  9. 9. Teoria de l’estat de transició Aquesta teoria suposa que els reactius xoquen entre si i, abans de donar lloc als productes, en el punt de màxima energia (estat de transició) es forma un agregat inestable (complex activat). Teories de les reaccions químiques
  10. 10. L’estat de transició representa la configuració de més alta energia potencial dels àtoms durant la reacció. Activated complex Teories de les reaccions químiques Teoria de l’estat de transició
  11. 11. Teories de les reaccions químiques El complex activat és l’agregat d’àtoms que es forma mentre es van trencant els enllaços de les molècules dels reactius i es van formant els enllaços de les molècules dels productes. Això passa en la zona del diagrama d’energia potencial més propera al màxim d’energia (estat de transició). El complex activat se sol indicar amb el superíndex ‡. En molts llibres els termes estat de transició i complex activat s’utilitzen com a sinònims. Teoria de l’estat de transició
  12. 12. Velocitat de reacció Velocitat de reacció Durant una reacció disminueix la concentració dels reactius i augmenta la concentració dels productes. Productes Reactius
  13. 13. Velocitat de reacció Velocitat de reacció La velocitat de reacció indica com varia amb el temps la concentració dels reactius o dels productes. Per a la reacció a A + b B c C + d D La velocitat instantània de la reacció es pot expressar en funció de la variació de la concentració dels reactius o dels productes: Les unitats de la velocitat de reacció són mol · L-1 · s-1
  14. 14. Velocitat de reacció Velocitat de reacció Exemple: Expressar la velocitat instantània de la següent reacció en funció de les concentracions dels diferents reactius i productes que hi intervenen.
  15. 15. Equació de velocitat (llei de velocitat) És una expressió que relaciona la velocitat de la reacció (v) amb les concentracions dels reactius presents en aquell moment. La velocitat de reacció no és constant: a mesura que passa el temps la reacció es fa més lenta perquè va disminuint la concentració dels reactius. Velocitat de reacció v = k · [ A ] α · [ B ] β
  16. 16. Equació de velocitat (llei de velocitat) v = k · [ A ] α · [ B ] β v = velocitat de reacció (mol · L-1 · s-1 ) k = constant de velocitat (les seves unitats depenen de l’ordre de la reacció) [ A ], [ B ] = concentracions de reactius en cada moment (mol · L-1 )  , β = ordres parcials respecte els reactius L’ordre total o global de la reacció és la suma dels ordres parcials (  + β + ... ) Velocitat de reacció L’ordre de reacció respecte a un reactiu és la potència a la qual està elevada la concentració d’aquest reactiu en l’equació velocitat.
  17. 17. Equació d’Arrhenius k = A · e – Ea / (R · T ) k = constant de velocitat A = factor de col·lisions ( nº de col·lisions · s-1 ) e = 2,718... Ea = energia d’activació ( J · mol-1 ) R = 8,314 J · mol-1 · K-1 T = temperatura ( K ) Velocitat de reacció Ens informa dels diferents factors que afecten la constant de velocitat (k):
  18. 18. Velocitat de reacció Estat de transició Diagrama d’energia de les reaccions Reaccions exotèrmiques
  19. 19. Velocitat de reacció Diagrama d’energia de les reaccions Reaccions endotèrmiques Estat de transició
  20. 20. Diagrama d’energia de les reaccions Energia d’activació http://www.youtube.com/watch?v=VbIaK6PLrRM&feature=player_embedded Velocitat de reacció
  21. 21. Diagrama d’energia de les reaccions Coordenada de reacció Velocitat de reacció La coordenada de reacció és un paràmetre que representa el progrés d'una reacció química. Es representa en front de l’energia potencial per a mostrar de forma esquemàtica el perfil d'energia associat a la reacció, seguint la trajectòria de mínima energia que connecta els reactius amb els productes.
  22. 22. Diagrama d’energia de les reaccions Coordenada de reacció Velocitat de reacció
  23. 23. Diagrama d’energia de les reaccions Coordenada de reacció Velocitat de reacció Productes Reactius Complex activat
  24. 24. Velocitat de reacció Diagrama d’energia de les reaccions Coordenada de reacció DistànciaenllaçB-C Distància enllaç A-B Reactius Productes Complex activat
  25. 25. Mètode de les velocitats inicials Es determina experimentalment la velocitat inicial de la reacció ( V0 ) per a diferents valors de les concentracions inicials dels reactius ( [A]0 , [B]0 ) i a partir d’aquests valors es poden calcular la constant de velocitat (k) i els ordres parcials de reacció. Velocitat de reacció
  26. 26. Mètode de les velocitats inicials Velocitat de reacció Exemple: Determinar els ordres de reacció i la constant de velocitat de la reacció CH3Cl (g) + H2O (g)  CH3OH (g) + HCl (g) Solucions: k =
  27. 27. Mètode de les velocitats inicials Velocitat de reacció També es poden obtenir els ordres de reacció a partir de la representació gràfica de les dades experimentals. v = k [A] [B] Si mantenim constant una de les concentracions [B] = constant  k · [B]  = k’ v = k’ [A] -> log v = log k’ +  log [A] log v  (pendent de la recta) és l’ordre de reacció respecte el reactiu A log k’ log [A] Y = b + a · X
  28. 28. • Temperatura • Concentració dels reactius • Estat físic dels reactius • Naturalesa química dels reactius • Energia d’activació ( Ea) • Catalitzadors Factors que influeixen en la velocitat
  29. 29. Un augment de la temperatura produeix un augment de la velocitat de reacció. Segons la teoria de col.lisions, si augmenta l’energia cinètica de les molècules dels reactius, augmenta l’energia dels xocs. L’equació d’Arrhenius relaciona la k amb la temperatura k = A · e – Ea / (R · T ) Factors que influeixen en la velocitat Temperatura
  30. 30. Un augment de la concentració implica un augment de la velocitat de reacció . Segons la teoria de col.lisions, si augmenta la concentració, augmenta la probabilitat de xocs entre les molècules dels reactius . Concentració dels reactius Factors que influeixen en la velocitat
  31. 31. Concentració dels reactius L’equació de velocitat relaciona les concentracions dels reactius amb la velocitat de reacció: v = k · [ A ] α · [ B ] β Factors que influeixen en la velocitat
  32. 32. D’acord amb la teoria de col.lisions, com més gran sigui la probabilitat de contacte entre les partícules, més col.lisions eficaces es poden produir i més ràpida serà la reacció v (gas) > v (líquid, dissolució) > v (sòlid) Factors que influeixen en la velocitat Estat físic dels reactius
  33. 33. Segons la teoria de l’estat de transició, com més gran sigui el nombre d’ enllaços hi hagi en les molècules dels reactius i més forts siguin, més gran serà l’energia d’activació i més lenta serà la reacció. Si els reactius són ions en dissolució normalment no cal trencar enllaços i les reaccions acostumen a ser més ràpides. Factors que influeixen en la velocitat Naturalesa dels reactius
  34. 34. És l’energia addicional que han d’absorbir les molècules dels reactius perquè, en xocar, es puguin trencar els seus enllaços i es puguin acabar formant els productes. Segons la teoria de l’estat de transició, quan més gran sigui l’energia d’activació més lenta serà la reacció. Factors que influeixen en la velocitat Energia d’activació
  35. 35. Un catalitzador és una substància que s’afegeix a la reacció (sense consumir-se) i augmenta la velocitat de reacció. Els catalitzadors modifiquen el mecanisme de reacció aconseguint una disminució de l’energia d’activació. Segons la teoria de l’estat de transició això provocarà que la velocitat sigui més gran. Factors que influeixen en la velocitat Catalitzadors
  36. 36. Factors que influeixen en la velocitat Catalitzadors Els catalitzadors no modifiquen el valor de la variació d’entalpia de la reacció (ΔH) ΔH <0
  37. 37. Factors que influeixen en la velocitat Catalitzadors Els catalitzadors faciliten que la reacció tingui lloc seguint un mecanisme alternatiu amb una energia d’activació més baixa.
  38. 38. Factors que influeixen en la velocitat Catalitzadors Catàlisi heterogènia http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/kinetics/Catalyst_1.html Normalment el catalitzador és sòlid i els reactius són gasos o estan en dissolució
  39. 39. Elaboració de margarina Els olis vegetals són sotmesos a un procés d’hidrogenació per millorar la conservació i tenir-los en estat sòlid. Els radicals no saturats dels àcids glicèrids es converteixen en glicèrids saturats. La reacció té lloc injectant gas hidrogen en un reactor que conté un catalitzador de níquel en pols a una temperatura d’uns 150 ºC. Factors que influeixen en la velocitat Catalitzadors Catàlisi heterogènia
  40. 40. Factors que influeixen en la velocitat Catalitzadors Catàlisi heterogènia Elaboració de margarina
  41. 41. Factors que influeixen en la velocitat http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/kinetics/Catalyst_2.html Catalitzadors Catàlisi heterogènia Elaboració de margarina
  42. 42. Factors que influeixen en la velocitat Catalitzadors Catàlisi heterogènia Procés Haber (fabricació de l’amoníac)
  43. 43. Són catalitzadors heterogenis de platí-òxid de níquel o de rodi (Rh) situats en els tubs d’escapament de manera que permeten accelerar l’eliminació de NxOy, CO i hidrocarburs no cremats, que es transformen en residus innocus ( N2 , CO2 i H2O ). La benzina amb plom ( antidetonant ) inactiva aquests catalitzadors i per això s’ha d’utilitzar benzina sense plom. Factors que influeixen en la velocitat Convertidors dels automòbils Catalitzadors Catàlisi heterogènia
  44. 44. Factors que influeixen en la velocitat http://www.youtube.com/watch?v=OFLSOAi3S9Q Catalitzadors Catàlisi heterogènia Convertidors dels automòbils
  45. 45. Factors que influeixen en la velocitat Existeixen verins o metzines dels catalitzadors que anul·len completament la seva activitat. El plom (tetraetil plom) que s’utilitzava com a additiu antidetonant de les gasolines inactiva els convertidors catalítics dels automòbils. Catalitzadors Catàlisi heterogènia Convertidors dels automòbils
  46. 46. Els radicals clor (Cl·) alliberats pels clorofluorocarbons (CFC) catalitzen la descomposició de l’ozó (O3) estratosfèric. Factors que influeixen en la velocitat La capa d’ozó Catalitzadors Catàlisi homogènia El catalitzador i els reactius estan en la mateixa fase.
  47. 47. Factors que influeixen en la velocitat Mecanisme de destrucció de l’ozó (reacció en cadena) Catalitzadors Catàlisi homogènia La capa d’ozó
  48. 48. Inhibidors Els inhibidors o catalitzadors negatius són substàncies que disminueixen la velocitat de reacció. Actuen augmentant molt l’energia d’activació del procés i això provoca que la reacció sigui molt lenta. Factors que influeixen en la velocitat Catalitzadors
  49. 49. Enzims Els biocatalitzadors o enzims són proteïnes que catalitzen moltísimes reaccions bioquímiques. Els enzims disminueixen l’energia d’activació de la reacció. Són molt específics; cada enzim actua sobre un substrat concret i en unes condicions determinades de temperatura, acidesa i concentració. Factors que influeixen en la velocitat Catalitzadors
  50. 50. Enzims Model clau-pany: el substrat i l’enzim han d’encaixar perfectament perquè tingui lloc la catàlisi. Factors que influeixen en la velocitat Catalitzadors
  51. 51. Enzims Model clau-pany Factors que influeixen en la velocitat Catalitzadors http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/kinetics/EnzymeCatalyst.html
  52. 52. Enzim ribonucleasa A Substrat Centre actiu Enzims Model clau-pany Factors que influeixen en la velocitat Catalitzadors
  53. 53. La inhibició de l’enzim colina acetiltransferasa pot produir deficiència d’acetilcolina, contribuint a una sintomatologia de disfuncions motores. Factors que influeixen en la velocitat Enzims Inhibició Catalitzadors
  54. 54. Mecanisme de reacció Normalment les reaccions es produeixen a través d’una sèrie d’etapes o reaccions elementals. Aquest conjunt de reaccions parcials constitueix l’anomenat mecanisme de la reacció. Mecanisme de reacció en dues etapes Mecanisme de reacció Reacció global: 2 N2O (g)  2 N2 (g) + O2 (g)
  55. 55. Mecanisme de reacció En les etapes o reaccions elementals els ordres parcials de reacció coincideixen amb els coeficients estequiomètrics. Mecanisme de reacció Exemple: Mecanisme de la reacció de síntesi del fluorur de nitril (NO2F) Etapa 1 (lenta): NO2 + F2 → NO2F + F Etapa 2 (ràpida): NO2 + F → NO2F Escriviu: a) La reacció global b) L’equació de velocitat de la reacció de l’etapa 1
  56. 56. Etapa limitant És la reacció elemental més lenta i és la que determina la velocitat de la reacció global, ja que fa de coll d’ampolla de tot el procés (és l’etapa amb l’energia d’activació més alta) Mecanisme de reacció
  57. 57. Mecanisme de reacció Etapa 1: NO + H2 -> NOH2 Etapa 2: NOH2 + NO -> N2O + H2O Diagrama d’energia d’una reacció amb un mecanisme format per dues etapes Etapa limitant És l’etapa amb l’energia d’activació més alta (la més lenta) Intermedi de reacció
  58. 58. Intermedi de reacció Mecanisme de reacció Diagrama d’energia d’una reacció amb un mecanisme format per tres etapes (hi apareixen dos intermedis de reacció) Un intermedi de reacció és una substància que es forma en una de les etapes d’un mecanisme de reacció, però que reacciona en una altra etapa, degut a que és una espècie força reactiva. No apareix en la reacció global, ni com a reactiu ni com a producte. Intermedis de reacció Etapa limitant CO + Cl2
  59. 59. Mecanisme de reacció
  60. 60. Molecularitat d’una reacció elemental És el nombre d’àtoms o molècules independents que hi intervenen. Etapa unimolecular Etapa bimolecular Etapa trimolecular Mecanisme de reacció
  61. 61. http://www.youtube.com/watch?v=va6I_o3Dato Mecanisme de reacció Molecularitat d’una reacció elemental
  62. 62. José Ángel Hernández Santadaría jherna24@xtec.cat “Cinètica química” de José Ángel Hernández Santadaría està subjecta a una llicència de Reconeixement-NoComercial 3.0 No adaptada de Creative Commons

×